Ведется подготовка коллайдера к будущим сеансам работы
Зима — традиционное время для перерыва в работе Большого адронного коллайдера и для его ремонта и технической настройки. Как рассказывает журнал CERN Courier, этой зимой сотни специалистов работали над самыми разными узлами ускорительной цепочки. Эти работы касались не только подготовки к столкновениям в 2018 году, но и велись с прицелом на будущее. Сейчас постепенно «выкатываются» и начинают тестироваться некоторые ключевые элементы будущего режима работы LHC на повышенной светимости (HL-LHC). Уже сейчас устанавливаются новые коллиматоры, которые призваны безопасно «чистить» протонные пучки и при этом должны будут справляться с повышенной нагрузкой в режиме HL-LHC. Постепенная модернизация затронула и предварительные ускорители. Там были установлены новые магниты-«кикеры», а также произведена замена 43 магнитов линии, соединяющей PS и SPS. Уже подготовлены для тестирования прототипы специальных резонаторов crab cavities, которые станут важнейшим новшеством HL-LHC.
В согласии с текущим расписанием, настройка «открытого» коллайдера продлится до начала марта. Затем коллайдер будет «запечатан», пройдут последние тесты с «пустой машиной», и только в начале апреля протонные пучки вернутся в основное кольцо LHC. В середине апреля начнутся столкновения, но лишь в мае коллайдер возобновит набор данных привычными темпами. Он проработает в таком режиме до конца октября, после чего на месяц переключится в режим ядерных столкновений. Наконец, в первых числах декабря коллайдер остановится, тем самым завершив сеанс Run 2.
26
Показать комментарии (26)
Свернуть комментарии (26)
-
Мне кажется, что фокусирование пучков с помощь технологии «crаb cavities» относится к направлениям эволюции коллайдера, которые хорошо поддерживаются общей эволюцией техники. Расскажите о «crаb cavities» подробнее.
Я хотел уточнить такой момент. Как Вы писали, переход до энергии 14 ТэВ с 13 не должен составить особых трудностей.
Весь проект HL-LHC включает в себя только повышение светимости, или проект повышения энергии SPS может быть как минимум протестирован до начала техн. остановки по реализации HL-LHC.
Насколько я понял, SPS достиг энергии 400 ГэВ ещё в 90е (или даже раньше - в 83м уже открыли W- и Z-бозоны), а текущая энергия у него 450 ГэВ.
Собственно вопрос. Есть проект требует переделать SPS под сверхпроводящие магниты (и энергию 1 ТэВ), но этого точно в проекте HL-LHC не будет - все задачи повышения светимости (в части модернизации SPS) собственно решаются повышением кол-ва протонов, которых SPS может за 1 секунду перевести в главное кольцо?
P.S. Ещё я не совсем понял, как вообще получалось партонным плотностям от столкновений в SPS (400+400 ГэВ это или 200+200 даже?) складываться в W- и Z-бозоны. На Вики про статистику нашел:
integrated luminosity of approximately 0.9 pb^−1 (эксперименты UA1 и UA2 за период 81-85).
Весь проект HL-LHC включает в себя только повышение светимости, или проект повышения энергии SPS может быть как минимум протестирован до начала техн. остановки по реализации HL-LHC.
Насколько я понял, SPS достиг энергии 400 ГэВ ещё в 90е (или даже раньше - в 83м уже открыли W- и Z-бозоны), а текущая энергия у него 450 ГэВ.
Собственно вопрос. Есть проект требует переделать SPS под сверхпроводящие магниты (и энергию 1 ТэВ), но этого точно в проекте HL-LHC не будет - все задачи повышения светимости (в части модернизации SPS) собственно решаются повышением кол-ва протонов, которых SPS может за 1 секунду перевести в главное кольцо?
P.S. Ещё я не совсем понял, как вообще получалось партонным плотностям от столкновений в SPS (400+400 ГэВ это или 200+200 даже?) складываться в W- и Z-бозоны. На Вики про статистику нашел:
integrated luminosity of approximately 0.9 pb^−1 (эксперименты UA1 и UA2 за период 81-85).
-
Переход к 14 ТэВ запланирован на сеанс Run 3, т.е. на 2021-2023 годы. Есть даже планы попробовать поднять энергию чуть выше, до 14,5 или даже 15 ТэВ. В любом случае, HL-LHC заработает как минимум при 14 ТэВ.
Про то, чтобы повышать энергию в SPS, речи не ведется. Во-первых, это ж потребуется всю ускорительную линию менять и настраивать, а во-вторых, это особо и не нужно. LHC принимает пучки из SPS и дальше ускоряет, покуда может. Апгрейд касается, прежде всего, повышения пропускной способности всей цепочки ускорителей, включая SPS, и связанные с этим сложности (устойчивость пучков, безопасность, нагрузка на криогенику и т.п.).
А в чем проблема сложить два партона на SPS, чтобы образовались W и Z? Партоны-то распределены по доли энергии протона, изредка встречаются и такие партоны, которые несут существенную долю всей энергии. Например, на LHC при полной энергии протонных столкновений 13 ТэВ встречались уже двухструйные события с инвариантной массой выше 7 ТэВ. Так что для образования Z-бозона достаточно взять по 45 ГэВ с обеих сторон.-
>Так что для образования Z-бозона достаточно взять по 45 ГэВ с обеих сторон.
Но для этого ведь было нужно, что бы конкретный партон с энергией X протона столкнулся с партоном Y из антипротона и вышла величина типа sqrt(X*Y) > 45 ГэВ.
В принципе, это произойдет с определенной вероятностью, при статистике указанной 0.9 pb^−1 некое кол-во событий набрали. Но фишка в том, что раз есть (в столкновении скажем 900+900 ГэВ) партоны с энергией по 86 ГэВ, значит видимо есть и много партонов с энергией скажем 400 МэВ и ниже. При столкновении например глюонов 400 МэВ и 86 ГэВ получим sqrt(s) = 5865 МэВ - отлично для рождения Bs мезона, но не для изучения физики реального t-кварка.
P.S. Не будем же мы пробовать найти такое событие, как рождение t-кварка при слиянии виртуальных W- и Z-бозона при указанной скромной энергии?
P.P.S. Видимо подобный процесс на колайдерах типа LEP потом проверяли - "flavor-changing neutral currents" в реакциях e + anti-e -> t + anti-c/anti-u (у самого LEP было на это приблизительно 5 лет между открытием кварка на Тэватроне и закрытием LEP).-
Похоже, что у вас ошибка в том, что вы думаете в терминах классической механики. Типа, вот летит протон и вот прямо сейчас в нем летят такие-то партоны с ровно такими энергиями, и больше ничего.
Нет, ситуация тут полностью квантовая. В протоне в каждый конкретный момент есть _все_ кинематически разрешенные партоны. Партонная волновая функция протона — это суперпозиция всевозможных партонных конфигураций. В каждом конкретном столкновении протонов «пытаются столкнуться» сразу все попарные комбинации, и у них это получается с разной амплитудой вероятности. И, если говорить упрощенно, то до тех пор, пока результаты столкновения не долетели до детектора, картина столкновения — это тоже суперпозиция всех возможных исходов. А затем, в момент детектирования, происходит коллапс этой волновой функции, и мы в каждом конкретном столкновении видит только один результат.
Конечно, мезоны рождаются намного чаще, чем Z-бозоны. Это определяется не только партонными плотностями, которые сильно растут с понижением энергии, но и сечением рождения. Ну и что? Из того факта, что в каких-то столкновениях рождаются мезоны, не следует запрет на рождение Z-бозонов в других попытках.-
В протоне есть все партоны, которые хотя бы сохраняют импульс системы "пучки + ток в магнитах". Мне уже недавно подсказали идею, что виртуальные партоны рождаются из не менее виртуальных фотонов (которыми собственно кв. теория поля объясняет процесс взаимодействия, в случае с фотонами - электромагнитного).
Потом я стал интерпретировать идею, которую Вы описываете как "протоне в каждый конкретный момент есть _все_ кинематически разрешенные партоны" термином " в принципе любая частица имеет пси-функцию, размазанную хоть по всей Галактике". Просто вероятность партона туннелировать из данного протона в протон на расстоянии 299.792 км слишком низкая.
С другой точки зрения у нас например есть нейтральные пионы и каоны - суперпозиция разных пар кварков. Так что мы предполагаем, что процесс взаимодействия с виртуальными фотонами может превратить наш протон в совокупность партонов (не забыв сохранит барионный заряд), из которых в радиусе 2 фм от текущих координат r(t) находится 95% плотности 50% партонов, а все прочие партоны уже размазались по всем 60 км длины разгонного пути.
Каждый партон при этому будет обладать пси-функцией вроде
(3|u> + 5|c> + 7|t>)/sqrt(83)
Осталось только понять, почему про мезон с составом
|u-anti-u> + |c-anti-c>)/sqrt(2) нет на Википедии. Ничего, кроме нейтральных каонов и пионов (из смешанных функций) не может быть даже в теории...?
Да, есть ещё из 3 частиц - эта-мезоны вроде такого:
http://pdg.lbl.gov/2017/listings/rpp2017-list-eta-prime-958.pdf -
Увы, в рамках онлайн комментариев разъяснить это все невозможно. Собственно, вам для дальнейшего продвижения уже нужен не научпоп, а полноценный университетский курс как минимум феноменологии элементарных частиц. А перед ним, разумеется, полноценный курс квантовой механики и основы квантовой теории поля.
-
Прошу прощения, что вмешиваюсь в разговор. Я конечно не рискую писать подробности как Виктор. Но меня интересуют общие вопросы. Вопрос заключается в том, где локализована информационная матрица современной мира. Например, сталкиваются на большой энергии два электрона или два фотона. В результате получается определенный набор частиц, из стандартной модели. Этот набор частиц вообще говоря не произвольный, ни какая ни будь абракадабра. Поэтому сущность, из которой этот набор возникает, хорошо структурирована. Она не есть абсолютный хаос. Предполагаю, что эта сущность есть вакуум. В каждой отдельной частице скорее всего нет всех других частиц. Далее, предполагаю, что элементы информационной матрицы, вообще говоря, не локализованы в пространстве. В этом смысле, например, виртуальный электрон, находящийся в свободном пространстве, вообще говоря, имеет размер со всю вселенную. Правильно я понимаю?
-
Есть у любого процесса конкретное сечение. Например - у реакции
gamma + gamma -> H + X (все же необходима частица со спином 1 и зарядом 0 (Q, L, B), если у фотонов спины параллельны были?)
есть сечение, оно зависит от инвариантной массы фотона.
Как-то Игорь объяснял, что для рождения бозона Хиггса из 2 параллельных фотонов вовсе не обязательно рождение лишней частицы, но сечение будет в 2 раза отличаться. Наверное виртуальный Z-бозон может как-то столкнуться с виртуальным бозоном Хиггса и все с сохранением момента импульса будет хорошо.
P.S. Но в сильном взаимодействии рассчитать например сечение рождения c-, b- или t-кварка (точнее - пары кварк+антикварк из такого набора) при столкновении 2 протонов (или p + anti-p как на Теватроне) не так просто - нужно несколько порядков теории возмущений. -
Основное противоречие в познании квантового мира классическими существами возникает из-за того что квантовое состояние клонировать нельзя (из-за линейности уравнений КМ), а классическое состояние (в том числе и любое научное знание или статью) можно и нужно, поскольку это и есть обмен научными знаниями.
В идеализированном эксперименте с участием квантовых релятивистских частиц экспериментальному наблюдению классическим существом (и опубликованию) подлежит ТОЛЬКО бесконечное прошлое и бесконечное будущее, все остальное должна рассматриваться как квантовая суперпозиция и взаимодействие виртуальных частиц в объеме вселенной.
Но если вы захотите провести математическое моделирование на компьютере НАБЛЮДАЕМОЙ в эксперименте величины, то обнаружите что волновая функция того же электрона экспоненциально убывает на бесконечности и вы можете ограничится интегрированием в области размером несколько фм, учет всего остального объема вселенной не даст существенных улучшений.-
Да, всегда можно для величины типа "матричный элемент от гамильтонинана по паре состояний" оценить, что нам нет необходимости считать интеграл вне сферы диаметром 7 нм. До какой там концентрации коллимируется пучек?
Про 7 нм я написал чисто абстрактно - честно не знаю, как соотнести понятия "релятивистское уменьшение длины" и "радиус сильного взаимодействия".
-
-
-
-
С теорией поля (в смысле именно квантовой) у нас на физтехе не сложилось. Квантовая механика - сначала семестр в общей физике (т. н. "Общая физика 5"), потом - как семестр теор. физики (т.н. "Теор. физика 4" - если считать класс. механику за 2 семестра как №1 и №2).
По Вашему совету в апреле скачал книгу Л. Б. Окуня, но как-то совсем забыл её прочитать.
Теорию поля у нас не учили - только учили самостоятельно кто-то, кто в близкие области в институте теор. физики пошел диплом писать. Собственно науч. руком у этой студентки был наш лектор по квантовой (и атомной/ядерной) физике.
...
P.S. Тут немного почитал "Общие принципы квантовой теории поля" (Боголюбов и менее известные мне авторы). Наверное университетского курса матана мне для кв. теории поля не хватит:)
P.P.S. Ещё на Википедии нашел отличную фразу - про уравнение КГФ:
"Строго применимо к описанию скалярных массивных полей". Это например когда бозон Хиггса участвует в слабых взаимодействиях (так как в сильном и ЭМ он участвовать не может)?-
У Л.Б. Окуня издана не одна книжка! "Лептоны и кварки" 1990 года достаточно сложная, с математическим обоснованием, но есть полегче "Физика элементарных частиц" 1988 года и "Введение в физику элементарных частиц" 2006 года. Хотя совсем без математического аппарата не обойтись. В приложениях есть объяснения некоторых терминов! Более сложную теорию можно найти у А.М. Полякова!
-
-
-
-
-
Я тут наверное не сразу понял 1 момент. Вы пишете про суммарную инв. массу всех частиц в 2 струях, но предполагается, что 2 направленные в противоположные стороны струи (суммарный поп. импульс = 0) - это точно результат (конечный, после распада чего либо) взаимодействия 2 партонов, а не целой группы партонов из пары протонов?
Или ответить на такой вопрос ни один детектор не сможет, так как эти "разные" столкновения партонов в любом случае происходят в объеме вроде 8pi/3*R^3, где R - радиус сильного взаимодействия (или скажем радиус, на который может отлететь партон от протона ДО столкновения с протоном другого пучка)?
Встречаются действительно при энергии 13 ТэВ события высокой энергии.
P.S. Ещё спрошу про ttH:
"Но при переходе энергии столкновений с 8 ТэВ на 13 ТэВ вероятность процесса возрастала в несколько раз".
Вижу, что только при новости про "закрытие" аномалии вообще зафиксировано такое:
"Если говорить в позитивном ключе, то можно утверждать, что ATLAS наконец-то уверенно видит этот процесс на уровне статистической значимости выше 4σ."
В докладе CMS ничего про попытку сравнить с результатами на 8 ТэВ не вижу:
https://cds.cern.ch/record/2257067/files/HIG-17-003-pas.pdf
Вопрос собственно такой: аномалии нет, то есть вероятность рождения 3 тяжелых частиц при экспериментах с энергией 13 против энергии 8 растет именно так, как и должна?
Или ответить на такой вопрос ни один детектор не сможет, так как эти "разные" столкновения партонов в любом случае происходят в объеме вроде 8pi/3*R^3, где R - радиус сильного взаимодействия (или скажем радиус, на который может отлететь партон от протона ДО столкновения с протоном другого пучка)?
Встречаются действительно при энергии 13 ТэВ события высокой энергии.
P.S. Ещё спрошу про ttH:
"Но при переходе энергии столкновений с 8 ТэВ на 13 ТэВ вероятность процесса возрастала в несколько раз".
Вижу, что только при новости про "закрытие" аномалии вообще зафиксировано такое:
"Если говорить в позитивном ключе, то можно утверждать, что ATLAS наконец-то уверенно видит этот процесс на уровне статистической значимости выше 4σ."
В докладе CMS ничего про попытку сравнить с результатами на 8 ТэВ не вижу:
https://cds.cern.ch/record/2257067/files/HIG-17-003-pas.pdf
Вопрос собственно такой: аномалии нет, то есть вероятность рождения 3 тяжелых частиц при экспериментах с энергией 13 против энергии 8 растет именно так, как и должна?
-
> ...это точно результат (конечный, после распада чего либо) взаимодействия 2 партонов, а не целой группы партонов из пары протонов?
Да. Конечно, двухпартонные (по 2 партона с каждой стороны) или многопартонные взаимодействия существуют. Их умеют оценивать теоретически. Приблизительно сечение двухпартонного процесса пропорционально квадрату обычного, однопартонного. Сравнение с экспериментом проводилось и не показывает расхождений.
Сравнение, конечно, производится статистически. В каждом конкретном столкновении вы не сможете это опознать. Не потому, что детектор плохо измеряет, а потому что это в принципе невозможно.
Но все эти эффекты существенны только для мягких столкновений, там, где однопартонные сечения тоже велики. А если речь идет про жесткие процессы, в котоых обычное сечение падает на несколько порядков, то двухпартонные столкновения становятся пренебрежимо малыми. Иногда их учитывают в виде фона, но как правило они не важны.
> Вопрос собственно такой: аномалии нет, то есть вероятность рождения 3 тяжелых частиц при экспериментах с энергией 13 против энергии 8 растет именно так, как и должна?
По крайней мере, не противоречит в пределах 2 сигм. Измерения при 8 ТэВ не слишком уверенные, чтобы сообщать о надежном измерении. Поэтому и о надежной проверке того, как растет сечение, тоже не приходится говорить.
А почему на Тэватроне использовались протон-антипротонные столкновения? Дает ли этот режим какую-то новую информацию по сравнению с протон-протонными и насколько сложно будет добавить такой режим на LHC?
-
Аннигиляция частиц и античастиц — это всегда более удобный вариант столкновения, что двух частиц. Но в адронных столкновениях при высоких энергиях эта разница несущественна, поскольку в протоне большой энергии все равно есть много партонов-антикварков. А поскольку производить антипротоны в таких больших количествах исключительно дорого, то решили ограничиться протон-протонными столкновениями.
-
Производить позитроны тоже приходилось не из природных источников.
А насколько сложно было переделать электрон-позитронный коллайдер в систему с 2 пучками одного заряда?
А так, наверное было бы сложно переделать какой-то самый первый ускоритель протонов - кажется после этих 2 стадий:
first to 3 MeV by a radio-frequency quadrupole (RFQ), then to 50 MeV by drift tube linacs (DTLs)
На то, чтобы пучки 50 МэВ давали антипротоны... Так, я тут на порядок ошибся - такой ускоритель давал бы разве что позитроны создавать.
Proton Synchrotron Booster - тоже не хватает энергии. 1.4 GeV - даже если в сумме 2.8 это, то вероятность родить антипротон где-то <0, так как сохранение барионного заряда нужно (теоретический минимум - по 1876.5 МэВ в пучке).-
Производить позитроны намного проще и дешевле.
> А насколько сложно было переделать электрон-позитронный коллайдер в систему с 2 пучками одного заряда?
Это неправильная постановка вопроса. При переходе от LEP к LHC основной туннель опустошили полностью, до голых стен. И разумеется, вся аппаратура там новая.
-
-
Вопрос небольшой возник (или можете просто ткнуть в ссылку, если это все на сайте есть).
По поводу процесса поддержания светимости. Вот есть у нас протоны, они постепенно разгоняются вплоть до SPS (включительно). За 1 мс пучек протонов проходит N кругов. А если нужны пучки длительностью по 25 нс, значит SPS их переодически пускает через какой-то канал в главную трубу?
Вот тут в конце частично описано, как я вижу:
http://old.elementy.ru/LHC/monitory_bolshogo_adronnogo_kollajdera
По поводу процесса поддержания светимости. Вот есть у нас протоны, они постепенно разгоняются вплоть до SPS (включительно). За 1 мс пучек протонов проходит N кругов. А если нужны пучки длительностью по 25 нс, значит SPS их переодически пускает через какой-то канал в главную трубу?
Вот тут в конце частично описано, как я вижу:
http://old.elementy.ru/LHC/monitory_bolshogo_adronnogo_kolla
-
Да, ускорители соединены друг с другом специальными связующими каналами, на выходе и выходе которых стоят специальные быстрые магниты, перекладывающие циркулирующие сгустки на новую орбиту. Вы полистайте ленту новостей до 2008 и 2009 года, когда пучки только-только запускались в ускоритель. Мы тогда подробно следили за стадиями процесса.
Написать комментарий
Новости науки: физика
Новые измерения аномального магнитного момента мюона согласуются со Стандартной моделью
26.06 • Иван Логашенко
Тихий физик из Эдинбурга: памяти Питера Хиггса
15.04.2024 • Алексей Левин
Ядерный январь Эрнеста Резерфорда: как была раскрыта структура атома
29.01.2024 • Алексей Левин
Американский Комитет P5 определил приоритетные направления в физике элементарных частиц
22.12.2023 • Алексей Левин
